1.- ANTECEDENTES 2.- OBJETIVO 3.

SISTEMA DE INSPECCIÓN INALAMBRICO WIIPA
Autores:
Monica Garcia Merino (Tecnatom)
Mariano Toral (Tecnatom)
Jose A. Delgado (Tecnatom)
1.- ANTECEDENTES
TECNATOM y FADA-CATEC abrieron una línea de colaboración tecnológica que pretende
en primera instancia, la mejora de los equipos de inspección mecánicos sustituyéndolos por
equipos de posicionamiento inalámbrico que cubre en gran parte una de las largas y fuertes
ambiciones que tiene TECNATOM acerca de inspecciones inalámbricas en un futuro cada
vez menos lejano.
Como resultado de esta colaboración se desarrolló un demostrador que permitió poner a
prueba la capacidad del sistema visual para definir el grado de precisión con diferentes
sondas en el espacio de trabajo y la cadencia necesaria para realizar inspecciones
manuales de piezas.
2.- OBJETIVO
El objetivo de este sistema es proporcionar la posición inalámbrica de una sonda dentro de
un espacio de trabajo sin necesidad de equipos mecánicos y con el grado de precisión
adecuado para realizar la mayoría de inspecciones manuales UT o ET habituales en los
distintos procesos en fábricas.
El sistema WiiPA es un conjunto de dispositivos que proporcionan la posición espacial (X, Y,
Z) y ángulos de orientación (A, B, C) basado en la monitorización de objetos previamente
definidos dentro de un campo de trabajo capturados por un sistema de cámaras infrarrojas.
La posición de los objetos es suministrada a los sistemas de adquisición de datos UT/ET a
través codificadores incrementales, utilizados comúnmente por estos, de modo que el
sistema visual simula el funcionamiento de una máquina cartesiana 6 ejes tradicional.
Debido a esto, cabe destacar que no es necesario iniciar desarrollos software adicionales en
los equipos para conectar con los dispositivos y ser capaz de hacer adquisiciones y
reconstrucciones de datos.
3.- DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO
La tecnología de WiiPA se basa en la identificación y captura de posiciones espaciales
desarrollada para aplicaciones existentes en diversas industrias tales como la medicina
deportiva, animación por ordenador, cinematográfica, etcetera.
Para capturar las posiciones, el sistema utiliza un conjunto de camaras de video que cubren
por completo un área de operación y que, mediante una triangulación de los elementos del
espacio de trabajo, se determina la posición real de las sondas.
Mediante marcadores definidos con geometría concreta, los objetos son capturados por las
camaras del sistema a través de la composición de imágenes determinando así la posición y
orientación en tiempo real.
Cabe destacar que en esta tecnología, la limitación actual en cuanto a las dimensiones de
las piezas o de geometrías complejas es fácilmente abordable con este tipo de sistemas lo
que brinda unas capacidades de innovación en las inspecciones.
3.1.- Arquitectura
El diseño de WiiPA gira alrededor de la técnica de captura de movimiento mediante cámaras
infrarrojas. A continuación se describen los elementos que componen al sistema:
-
Sistema de cámaras VICON.
Palpadores y marcadores del sistema.
Objeto de calibración
Equipo de emulación de encoders.
Ordenador de control.
Sistema de adquisición de datos.
El sistema de cámaras VICON digitaliza la posición y orientación del palpadores definidos en
el espacio de trabajo. Para capturar adecuadamente la posición del sistema y evitar posibles
interferencias o zonas de sombra en el área de inspección, se incluyen cámaras adicionales
que añaden redundancia en el sistema. El número de cámaras a utilizar dependerá en
última instancia de la región de inspección. Añadir redundancia es una operación automática
y no necesita de configuración alguna por parte del usuario.
Dentro del espacio de trabajo, se incluyen unos marcadores en el sistema que serán los que
el sistema de cámaras utilice para capturar la posición y dirección de las sondas. La relación
espacial entre los marcadores definirá la posición y orientación del objeto a digitalizar. Es
posible utilizar varias sondas dentro del area de inspección.
El objeto de calibración define los ejes de referencia del sistema y deja el sistema preparado
para la operación. En concreto:
- Define la posición relativa del objeto de calibración de cada una de las camaras
determinando así la separación entre estas por triangulación.
- Calcula tolerancias y precisión.
El emulador de encoders mustrea los datos generados por el sistema VICON para generar
una maquina virtual de 6 ejes incrementales. Los encoders son generados por este equipo a
partir del muestreo de los diferentes objetos definidos en el área de inspección y hace de
interfaz con los equipos de adquisición de datos.
El ordenador de control centraliza toda la configuración del conjunto: Contiene el software de
digitalización de las cámaras y la relación de objetos definidos a utilizar por el emulador de
encoders.
Finalmente, el equipo de adquisición de datos utilizará las señales de encoders generadas
por el emulador de encoders para identificar la posición actual de la sonda en el sistema.
3.2.- Instalación
Una característica de este equipo es la posibilidad de realizar la inspección en un entorno de
dimensión o características variables, pudiendo redistribuir los elementos, y por tanto no
delimitado a priori ni por el espacio de inspección ni por las piezas a inspeccionar.
Ya que todos los elementos que componen al sistema son portables, es posible definir el
área de trabajo adecuada sin necesidad de una infraestructura concreta para ello.
No obstante, para definir de manera adecuada una región de trabajo, se requiere que:
-
No haya una exposición directa de focos de luz natural o artificial que puedan
interferir en el sistema sobre el área a inspeccionar.
Que la ubicación y orientación de las cámaras cubran la totalidad del área de
inspección.
No hay requerimientos especificos para la instalación del resto de componentes, pudiendose
estos colocarse cerca del equipo de adquisición de datos, al estar gestionada toda la
comunicación de los equipos por una red Gigabit-Ethernet.
3.3.- Puesta en marcha
Para arracar el equipo despues de la instalación es necesario calibrar el área de trabajo
donde se realizará la inspección.
Esto es realizado mediante del objeto de calibración, un elemento predefinido en el sistema
compuesto por leds con una determinada posición y brillo, que se utiliza internamente para
calcular la separación entre las cámaras y medir la precisión de cada una de ellas sobre el
área de trabajo.
Tras esta operación, el sistema será capaz de determinar la posición de cada objeto a partir
de la composición de imágenes capturadas por el conjunto de cámaras. En caso de que
existan fuentes de luz externas que pudieran interferir en alguna de las camaras, estas
áreas podrán ser enmascaradas por el sistema sin necesidad de acciones adicionales por
parte del usuario.
Calibrado el sistema, se deben definir sondas o los objetos del sistema que se utilizarán en
el espacio de trabajo mediante el uso de marcadores.
Estos marcadores serán utilizados para determinar:
-
La correcta identificación de la sonda dentro del espacio de trabajo: Se pueden
manejar múltiples palpadores dentro del sistema.
La posición relativa de la inspección: Es posible ubicar diferentes zonas de trabajo
dentro de la misma área para diferentes piezas.
Una vez establecida la calibración del el sistema y definidas las sondas, el sistema
automáticamente identificará, digitalizará los datos recogidos y les asignará la posición y
orientación al entrar en el área de trabajo.
Para obtener esta información, es necesario que al menos tres cámaras capturen los
marcadores del objeto, no obstante, es posible añadir mayor número de cámaras y
marcadores para añadir redundancia y precisión al sistema.
3.4.- Operación
La operación del conjunto es muy sencilla. Siempre que la sonda se ubique sobre el espacio
de trabajo se digitalizará el movimiento de esta sin necesidad de ninguna tarea adicional
para el usuario.
La captura de las posiciones es monitorizada a través del emulador de encoders que,
mediante conexión directa con los codificadores de los equipos de adquisición de datos,
determinan en tiempo real la posición de la sonda.
Cabe destacar que en las inspecciones manuales con el sistema WiiPA el usuario tiene la
posibilidad de cubrir el área de interés de manera arbitraria asemejandose a un proceso, si
se dispone de un visual de tipo C-Scan, de “pintado” pudiendo cubrirse la totalidad de la
zona de inspección volviendo a posicionar los palpadores por las zonas con huecos,
reevaluar zonas dudosas, reinspeccionar con el palpador girado, etcetera.
La validación del sistema ha sido realizada con los diferentes equipos UT/ET sin ningún
paso adicional respecto a equipos mecánicos convencionales:
-
M2000 y software de aquisición de datos UT MIDAS.
SONIA-F1 con módulo FPA128M e Inspectview.
Módulo ETBox 8i y TeddyACQ.
La verificación de los resultados obtenidos respecto a las máquinas convencionales, se
realizó mediante capturas y análisis de diferentes bloques patrón siendo estos similares.
En las configuraciones de los equipos se utilizaron como fuentes de disparo los incrementos
de posición de los codificadores del sistema WiiPA sin incidencias. También se probó
utilizando la PRF interna de los equipos para contrastar resultados sin diferencias
significativas entre ambos.
3.5.- Mantenimiento
Al no estar compuesto por partes móviles ni mecánicas, el sistema WiiPA no tiene
elementos susceptibles a desgastes debidos al uso y operación. Por ello, los costes de
mantenimiento y tiempos de paradas y reajuste entre inspecciones son mínimos.
4.- CONCLUSIONES
Disponer de un sistema de posicionamiento sin hilos es una vieja aspiración de Tecnatom.
Hace años, se realizó un proyecto similar basado en ultrasonidos (BAT), que no obtuvo los
resultados esperados.
De las demostraciones realizadas por Tecnatom a diferentes clientes dedicados a ensayos
no destructivos en las fábricas, se recoge que estos desean disponer de este tipo de
tecnología para:
•
•
Retest manuales de zonas conflictivas o de difícil acceso.
Inspecciones manuales de piezas con geometrías complejas y de pequeño tamaño,
a las que no se ajustan de los sistemas de codificación mecánicos convencionales.
En el sector nuclear, la inspección manual de piezas de geometría compleja podría ser un
campo de aplicación adecuado para este sistema.
Aunque existen en el mercado otros tipos de sistemas inalambricos que permiten medidas
de posición y orientación espacial similares, por lo general son más caros y basados en
sistemas activos (láser), con precisiones parecidas aunque con tasas de refresco más bajas
(Ej. sistema iGPS de Nikon).